След очень древней Земли находится под ногами: что произошло после столкновения с астероидом Тейей

Где-то глубоко под поверхностью Земли, в толщах мантии, может храниться реликвия, возрастом в 4,5 миллиарда лет. Это не кристалл и не метеорит, а частица самой Прото-Земли, молодой планеты, существовавшей до катастрофического столкновения, породившего Луну.

Команда Массачусетского технологического института под руководством геохимика Николь Ни впервые обнаружила изотопные следы древнего планетарного материала, которые, как полагают учёные, пережили самое масштабное разрушение в истории Солнечной системы.
Результаты опубликованы в журнале Nature Geoscience.

"Мы видим часть очень древней Земли, существовавшей ещё до гигантского столкновения, — говорит Ни. — Это удивительно: мы думали, что эти следы полностью стерлись за миллиарды лет."

Когда Земля ещё кипела

Около 4,5 миллиарда лет назад Солнечная система представляла собой хаотичное облако пыли, камней и газа.
Из этого космического "теста" постепенно сформировались протопланеты, включая молодую Землю. Её поверхность напоминала раскалённое море лавы, а атмосферы в привычном виде не существовало.

Примерно через 50-100 миллионов лет случилось нечто грандиозное: на Землю обрушилось тело размером с Марс — астероид, который учёные называют Тейя.
Удар расплавил огромную часть мантии и выбросил вещество в космос, из которого вскоре родилась Луна.

Считалось, что после этого события все первоначальные химические "подписи" Земли исчезли.
Но новое исследование говорит: часть древнего материала могла пережить этот катаклизм.

След из калия

Ключ к разгадке — элемент калий, один из "строительных блоков" планет.
Он существует в трёх изотопных формах: калий-39, калий-40 и калий-41.
Калий-40 радиоактивен и медленно распадается, превращаясь в аргон, что делает его идеальным "часами" для изучения древних процессов.

Команда Ни обнаружила, что в некоторых горных породах Земли — в Гренландии, Канаде, на Гавайях и в Каскадных горах — соотношение этих изотопов слегка нарушено.
В них оказалось меньше калия-40, чем ожидалось.

Это крошечное отклонение (менее одной тысячной доли процента) невозможно объяснить ни вулканической активностью, ни внутренним перемешиванием мантии.
Зато оно прекрасно согласуется с гипотезой о сохранённой части мантии Прото-Земли, не перемешанной после столкновения с Тейей.

Как нашли следы древней планеты

Чтобы "услышать" столь слабый сигнал, учёные растворяли измельчённые образцы пород в кислоте, отделяли калий и анализировали его в сверхчувствительном масс-спектрометре.
Оборудование способно различать количество изотопов с точностью до одной миллиардной доли.

Затем результаты проверили при помощи компьютерных моделей, имитирующих возможные сценарии — от вулканической дегазации до воздействия метеоритов.
Во всех случаях расчёты показывали чуть больше калия-40, чем наблюдалось в реальности.
Значит, реальный материал действительно старше, чем можно было ожидать.

Осколок Тейи или древний резервуар

Учёные осторожно предполагают, что найденный сигнал — след от самого "первого слоя" Земли, который пережил удар Тейи и остался глубоко под поверхностью, возможно, на границе между мантией и ядром.

Подобные изотопные "резервуары" известны и по другим элементам, например, гелию и вольфраму, что намекает: внутренности Земли состоят не из однородной массы, а из архива её бурной юности.

"Наше открытие меняет взгляд на происхождение планеты, — отмечает Ни. — Мы думали, что Земля началась заново после столкновения. Теперь оказывается, что часть её прошлого по-прежнему жива под нашими ногами".

Почему это важно

Понимание состава Прото-Земли помогает решить одну из главных загадок планетологии:
почему Земля — уникальна по сравнению с Венерой и Марсом, сформировавшимися из того же материала, но ставшими совершенно разными мирами.

Если химический "скелет" Земли действительно старше Луны, это означает, что наша планета не была полностью перезаписана, а значит, ранние условия могли способствовать сохранению воды и жизни.

Пыль древности и будущее науки

Теперь команда планирует искать тот же изотопный "отпечаток" в более глубоких породах и магматических потоках, чтобы определить, насколько широко распространён этот древний материал.
Возможно, он даже выходит на поверхность в определённых местах — например, на Гавайях или Исландии, где магма поднимается прямо из нижней мантии.

Каждое новое измерение — это как страница хроники, написанной самой Землёй.
И, похоже, эта хроника всё ещё продолжается.

FAQ

Что такое Прото-Земля?
Это ранняя версия нашей планеты, существовавшая до столкновения с протопланетой Тейей около 4,5 млрд лет назад. После удара из выброшенного вещества образовалась Луна.

Что нашли учёные?
Аномалии в изотопах калия (дефицит калия-40) в древних породах Земли, которые, вероятно, представляют собой фрагменты материала Прото-Земли, сохранившегося с момента её образования.

Почему именно калий?
Изотоп калия-40 радиоактивен и со временем распадается. Его соотношение с другими изотопами служит своеобразным "паспортом" возраста и происхождения пород.

Можно ли увидеть этот материал?
Нет. Он находится глубоко в мантии, но в некоторых местах (например, на Гавайях) вулканическая активность выносит его на поверхность в микроскопических количествах.

Как это меняет понимание Земли?
Если результаты подтвердятся, Земля окажется не "новой планетой" после удара, а гибридом — телом, сохранившим часть своей изначальной материи. Это открывает новые пути изучения ранней Солнечной системы.